圖1 兩廂車側圍板料開裂
材料國產(chǎn)化是企業(yè)降低生產(chǎn)成本的有效措施，然而國產(chǎn)化的材料也容易出現(xiàn)與生產(chǎn)設備不兼容的問題。東風日產(chǎn)經(jīng)過不斷試驗，最終通過對模具的改造，解決了國產(chǎn)板料開裂的問題。
在我國汽車市場繁榮的今天，世界汽車巨頭紛紛投資搶占市場，然而使用進口的原材料對于當前急需降成本的汽車企業(yè)來說卻是一個相當重的負擔。在汽車生產(chǎn)過程中，實現(xiàn)材料國產(chǎn)化，無疑是降低汽車生產(chǎn)成本的有效措施。但是，一輛汽車融合了諸多先進的生產(chǎn)技術，要想實現(xiàn)材料國產(chǎn)化，需要相關企業(yè)開展更廣泛的協(xié)同合作。
圖2 模具結構
我廠在某車型的生產(chǎn)中，發(fā)現(xiàn)車身側圍導入國產(chǎn)化材料后，頻繁出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，尤其以右側圍最為嚴重。為了解決這一板料開裂問題，我廠技術人員通過對該車型右側圍展開的一系列試驗分析，最終找到了解決此類問題的方法。
材料分析
為了更準確地找到側圍板料開裂的原因，技術人員對兩廂和三廂汽車側圍材料進行了比較，開展生產(chǎn)調(diào)查。
產(chǎn)品的數(shù)據(jù)分析
通過實際生產(chǎn)調(diào)查，統(tǒng)計生產(chǎn)總量和殘次品的數(shù)量，見表1。從表1中可以看出，車輛側圍缺陷主要是開裂和頸縮。經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試，左側圍通過調(diào)整氣墊壓力或平衡塊，問題可以消除；右側圍在添加了2次平衡塊的墊片后，依然開裂，問題沒有解決。
板料在成形過程中受拉伸，厚度方向會減薄。接下來，技術人員調(diào)查了板厚殘存。圖1中所示A處開裂部位板厚比較（材料厚度0.7mm，測量誤差約0.02mm，誤差率0.02/0.7=2.9%），見表2。
不同車型左右側圍A處數(shù)據(jù)
根據(jù)外觀檢查標準：外板件板厚殘存率低于70％，屬于拉薄V2；而75％以下屬于V3u項，隨著生產(chǎn)的繼續(xù)，極有可能發(fā)生拉薄、拉裂現(xiàn)象，所以需要進行改善。
模具狀態(tài)調(diào)查
該車型側圍零件在生產(chǎn)中由4道工序完成，分別是PB，拉延成形；PC，二次成形，修邊（工藝補充的切除）；PD，二次成形，修邊沖孔；PE，翻邊，沖孔。
1．PB模的結構
拉延?；旧嫌扇蠹M成：凸模、凹模和壓邊圈。拉延工藝可將平直毛料或工序件變成曲面形。凸模是沖模中起直接成形工件作用的凸形工作件；定位擋板決定材料的位置；平衡塊可以調(diào)節(jié)上下模的間隙，起到約束力調(diào)整和吸料的作用；拉延筋控制材料的流動，調(diào)節(jié)進料阻力。模具結構如圖2所示。
2.圓形平衡塊接觸面積調(diào)查
通過對圓形平衡塊接觸面積調(diào)查，得到如表3所示數(shù)據(jù)。從表3可以看出，平衡塊接觸面積均在30％以上，符合規(guī)定要求。
平衡塊接觸面積調(diào)查數(shù)據(jù)
3.拉延筋間隙調(diào)查
測量方法為：鉛絲旁放40mm×40mm的方板，標準壓力下進行沖壓，測量沖壓后的鉛絲各部分厚度以獲得拉延筋間隙。測量部位及拉延筋形狀如圖3所示（鉛絲1.6mm圓形，材料板厚t＝0.7mm）。按模具圖示共測量15處鉛絲數(shù)據(jù)，實際測得數(shù)據(jù)如表4所示。
拉延筋間隙調(diào)查
從表4中得知，拉延筋間隙的標準是板厚+0.2mm，大部分都在公差范圍之內(nèi)。
4.開裂破壞實驗結果
所有平衡塊抽出0.1mm墊片，無墊片就取消平衡塊。觀察開裂拉薄等處，有無接觸較緊的部位。經(jīng)過試驗發(fā)現(xiàn)有2處壓料較緊，已適當放松；并且實驗中即便有拉裂或頸縮，板厚也沒有再變薄。
圖3 測量部位及拉延筋形狀
通過以上對模具和材料的調(diào)查試驗，我們發(fā)現(xiàn)以下幾個特點：幾個部件在圖1的A位置，板厚殘存率均在75%以下；R/L（左右件）無差別；平衡塊接觸達30%以上；拉延筋間隙沒有在基準以下的；沒有過緊接觸。
網(wǎng)格應變分析
在正常的模具狀態(tài)下，我們采用網(wǎng)格應變分析方法對工件的成形過程進行模擬。一般鋼板沖壓成形中的3種變形方式：拉壓變形、平面變形和雙拉變形，分別對應3種應變狀態(tài)：e2＜0，e2＝0，e2＞0。
圖4 危險區(qū)域分布
詳細步驟如下：在板料上腐蝕出圓形網(wǎng)格，坯料沖壓成板件，測量零件上危險區(qū)域的應變分布（見圖4），將測得數(shù)據(jù)填入材料的成形極限圖中分析成形安全裕度。其中，對于應變分布的測量我們是用軟尺對成形后的圓測量。圓變成橢圓，橢圓的長徑是最大延伸，短徑是最小延伸。與成形前的圓半徑比較，短軸用負值表示，計算相應的工程應變，工程應變＝（Df-D0）/D0×100％。用進行網(wǎng)格分析的各項參數(shù)，對測得的數(shù)據(jù)進行計算，算出工程主、次應變，e=△L/L0，如表5和圖5所示。
圖5 正常狀態(tài)，與FLC接近的點是破裂危險點
根據(jù)測得的數(shù)據(jù)，對主、次工程應變進行分析，并依照廠家提供的FLD（成形極限圖），在10％安全裕度的情況下，區(qū)域E（見圖4）是處于危險區(qū)域，這與實際情況吻合。
各部位所得數(shù)據(jù)
由以上調(diào)查測量結果分析得出E部位是成形破裂危險點，而且模具的成形分析也表明，門框下方是破裂危險點。
根據(jù)上述對模具的調(diào)查、網(wǎng)格分析及日產(chǎn)的CAE成形分析，技術人員提出了下一步的改進方案：準備將門框處的R角放大。首先，我們考慮了放大R角后對總裝工程的影響，經(jīng)過總裝相關人員現(xiàn)場調(diào)查，發(fā)現(xiàn)放大此處R角到30mm左右，后續(xù)工程裝配無影響。
R角的驗證
根據(jù)預測板厚減薄率的經(jīng)驗公式，并通過實際測量得出的數(shù)據(jù)，計算板厚減薄率：
板厚殘存率＝58.356-0.180×RS-0.209×r1-0.136×θ1-0.525×L+0.197×H
根據(jù)實際測量（見圖6），得出數(shù)據(jù)r1＝23、RS＝122.13、θ1＝90、L=9.93、H=68.85，代入公式可得：
板厚減薄率＝27.63％。
設想將r1＝23mm放大至30mm，進行計算可得：
板厚減薄率＝26.21％。
可以看出，減薄率有1.42％的改善，此法可以實施。
結語
通過調(diào)查拉延模平衡塊接觸、拉延筋間隙、不同閉合高度下材料的流動及網(wǎng)格應變分析，針對這個問題得出結論：擴大局部R圓角，成形后板厚增加，破裂的危險消除，從而解決了國產(chǎn)板料頸縮、拉裂的問題。
